西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及时空变化.doc

西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及时空变化 魏秀国1，2，3，卓慕宁1，郭治兴1，朱立安1 1. 广东省生态环境与土壤研究所，广州510650；2广东商学院资源与环境学院，广州510320；3. 华东师范大学河口海岸国家重点实验室，上海200062 摘要：通过对西江下游马口水文站多年的定点观测以及对虎门、梧州、江口等全流域多个河流断面悬浮物样品的稳定碳同位素分析，报道了近年来人类活动对西江流域影响的观测结果。研究发现：西江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成从中游的-26.6‰到河口-19.8‰，逐渐变“重”，此结果基本反映了流域植被覆盖及土壤侵蚀状况；西江马口水文悬浮物样品δ13C值的季节循环值为-23.4±1.3)‰，其波动与流域侵蚀、物源组成相关。根据观测结果，西江流域土壤侵蚀主要发生于下游以及源头区域，悬浮物稳定同位素比值较“重”，而中游区域则相对较“轻”。河口地区的同位素值可能受工农业生产及生活废水影响较大，同位素值异化，其物质来源与河流上游和海洋不同。 西江；悬浮物；颗粒有机碳；稳定同位素；时空变化中图分类号：P593 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（200）0-2127-05河流中的生源要素和各类污染物经历着非常复杂的迁移、转化等环境生物地球化学过程[1-4]，并导致不同的生态效应，揭示它们的环境行为，在区域尺度上阐明其分布特征具有重要的科学意义和现实意义[4-6]。河流悬浮物中POC的丰富程度以及δ13C值的研究都显示河流中碳的物质组成来源于流域内的植被[7-11]，其δ13C值的大小也强烈地依赖于生物群落的C3植物（δ13C值约为-28‰）和C4植物（δ13C值约为-12‰）的组成[12]以及流域土壤循环过程[13-15]，因此碳稳定同位素被广泛应用于流域土壤侵蚀和植被变化的示踪研究[16]。 本文以天然存在的河流悬浮物颗粒有机碳稳定同位素为示踪剂，初步研究了它们在河流有机物质物源判别方面的应用，并探讨了西江水体悬浮物稳定碳同位素组成的季节和空间变化。 西江是我国南方最大的河流——珠江的最重要组成部分，全长2214 km，流域面积3.53×105 km2（图1）。流域濒临南海, 北回归线横贯流域中部,属于湿热多雨的热带、亚热带气候,同时还受到东亚季风和南亚季风的影响[17]。流域植被以常绿季雨林、阔叶林为主，流域森林遭破坏后代之而起的是面积广阔的草坡地以及农田系统。 图1 西江流域采样点分布示意 Fig. 1 Location of the sampling sites of the Xijiang drainage basin 本工作以西江马口、梧州、江口、武宣、都安、蔗香、巴结及河口断面虎门为采样点。分别20032004年，按水文季节于每年5月开始按5月、7月、11月至次年3月采集水体样品，在马口断面共采样8次；2004年3月采集到西江从上游到中游不同河段巴结、蔗香、都安、武宣、江口等河段的悬浮物样品，每断面采样次；2005年度的3月、7月在马口、悟州、虎门断面各采样2次。采样时将河流断面分为上、中、下三个层面，上层取样点距水面0.5 m，中层取样点在河中间水深处，下层取样点距河底0.5 m，共取3个水样，视不同季节、站位悬浮物含量不同，每个采样点过滤水样从0.3 L到6 L不等。悬浮物样品在采集现场用经450 ℃高温预燃烧过的0.7 μm的Whatman GF/F玻璃纤维滤膜过滤，用于测定同位素组成（δ13C）以及有机碳含量，并保存在-20 ℃的冰箱中直至实验室分析。悬浮物样品采用真空冷冻干燥。在马口水文站支持下，还收集到马口河段1999年1月至12月共12个月份保存完好的悬浮物样品，该样品由水文站工作人员在日常工作中采用与上述相同的方法，分上、中、下三层取样，混合后通过沉淀法获得。 将带有悬浮颗粒物的Whatman GF/F玻璃纤维滤膜放入盛有6 mol(-1 HCl的干燥器中，熏蒸24 h，以除去样品中的碳酸盐；沉淀法获取的悬浮物用浓度为0.1·L-1 HCl除去其碳酸盐并清洗至中性烘干，用于碳稳定同位素分析。本研究中，早期少量样品的稳定碳同位素组成在中国科学院环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室用Finnigan MAT-251型质谱仪测定，大部分样品则在华东师范大学河口海岸国家重点实验室用Finnigan MAT质谱仪（Deltaplus XP型）测定，测量精度皆为±0.2‰[18-19]。碳稳定同位素比值采用国际通用的δ值表示，以PDB国际标准作为参考标准。POC含量用Vario ELIII型元素分析仪测定。 西江河流颗粒有机碳（POC）样品的δ13C值范围从-26.6‰~-19.8‰，无样品POC